Здания и их устойчивость при пожаре / Demekhin - Zdaniya i ikh ustoychivost pri pozhare 2003

Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий

Академия Государственной противопожарной службы

ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПОЖАРЕ

МОСКВА 2003

Министерство Российской Федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям

и ликвидации последствий стихийных бедствий

Академия Государственной противопожарной службы

В.Н. Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, Б.Б. Серков, А.Ю. Фролов,

Е.Т.Шурин

ЗДАНИЯ, СООРУЖЕНИЯ И ИХ УСТОЙЧИВОСТЬ ПРИ ПОЖАРЕ

Под редакцией кандидата технических наук, доцента И.Л. Мосалкова

Учебник для слушателей и курсантов пожарно1технических образовательных учреждений МЧС России

УДК 614.841.33(0.75.8)

ББК 38+38.96

3146

ISBN 5 92291002314

Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: Учебник/

В.Н. Демехин, И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина, Б.Б. Серков, А.Ю. Фролов,

Е.Т. Шурин, 1 М.: Академия ГПС МЧС России, 2003.1 656 с, ил.

Рецензенты: Главное управление Государственной противопожарной службы МЧС РФ; Московский Государственный строительный

университет; Восточно 1 Сибирский институт МВД России

В учебнике изложены основные сведения о строительных материалах и их поведении в условиях пожара, приведены методы исследования и оценки поведения строительных материалов в условиях пожара, способы их огнезащи1 ты и пути совершенствования нормирования пожаробезопасности применения материалов в строительстве. Рассмотрены основные сведения о зданиях, со1 оружениях и конструкциях, используемых в строительстве: объемно1планиро1 вочные и конструктивные решения, схемы зданий, несущие каркасы и конст1 руктивные элементы зданий, даны исходные сведения об огнестойкости зданий и сооружений, строительных конструкций и методах ее экспериментальной оценки.

Большое внимание уделено вопросам огнестойкости строительных кон1 струкций, при этом рассмотрены теоретические основы расчета огнестойкос1 ти строительных конструкций и дано понятие их предельного состояния; рас1 четные схемы определения предела огнестойкости строительных конструкций; особенности их поведения в условиях пожара; методы расчета предела огне1 стойкости металлических, деревянных и железобетонных конструкций. Приве1 дены результаты исследований, касающиеся оценок огнестойкости зданий и сооружений с учетом совместной работы железобетонных конструкций в усло1 виях пожара, изложена методика оценки состояния конструктивных железобе1 тонных элементов зданий и сооружений, подверженных пожару, а также рас1 смотрены способы их усиления.

Дано расчетное обоснование требуемых пределов огнестойкости стро1 ительных конструкций.

Учебник предназначен для слушателей высших учебных заведений по1 жарно1технического профиля МЧС России и может быть полезен нормативно1 техническим работникам пожарной охраны, проектировщикам, а также студен1 там ВУЗов строительного профиля.

МОСКВА 2003

ISBN 5 92291002314

© Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2003

Введение

Внашей стране строятся здания и сооружения различного назначе

ния. Инвесторами строительства являются не только государственные

структуры, но и разнообразные фирмы и ассоциации, а также физические

лица. Наряду с обычными жилыми домами, дачными коттеджами, гаража

ми, магазинами, производственными и другими зданиями возводятся уни

кальные строения, не имеющие аналогов ни в российской, ни в мировой

практике. Достаточно привести примеры четырехэтажного подземного

торгового комплекса на Манежной площади в Москве, высотных зданий

нового общественного центра «Москва Сити», тоннельных развязок длиной

до 3 километров третьего транспортного кольца в Москве, ледового дворца

вЯрославле, триумфальной арки в Курске, нефтепирса в Махачкале,

объектов Каспийского трубопроводного консорциума.

Встроительных конструкциях зданий и сооружений используются

различные материалы по происхождению и пожарной опасности. Конст

руктивные элементы из железобетона, кирпича, бетона способны в услови

ях пожара в течение десятков минут, а иногда даже нескольких часов со

противляться огневому воздействию и не разрушаться. Стальные конструк

ции зданий при пожаре не горят, не распространяют огонь, но при 15 20 ми

нутном огневом воздействии теряют несущую способность. Несколько

дольше при горении продолжают выполнять несущие функции массивные

деревянные конструкции, однако они способствуют распространению огня

и развитию пожара. Конструктивные элементы из пластмасс, а также отде

лочные, теплоизоляционные, кровельные и другие материалы в условиях

пожара, как правило, не только горят, но и выделяют опасные для челове

ческого организма токсичные продукты.

Знать пожарные свойства строительных материалов, оценивать по

ведение конструкций при пожаре, предлагать эффективные способы огне

защиты конструктивных элементов, проводить расчеты прочности и устой

чивости зданий при огневом воздействии обязан инженер проектировщик, инженер строитель, инженер эксплуатационник. Но в первую очередь это

обязанность инженера пожарной безопасности.

Одной из базовых дисциплин для становления инженера пожарной безопасности является дисциплина «Здания, сооружения и их устойчивость

при пожаре». Настоящий учебник является первым учебником по дисцип

лине. Ранее издавались учебно методические пособия по разным разделам дисциплины, лабораторные практикумы, учебники. При написании учебни

ка использованы результаты научно исследовательских работ Академии

ГПС МЧС России, ВНИИПО МЧС России, Московского Государственного

строительного университета, научно исследовательских и проектных ин ститутов Госстроя Российской Федерации, исследования зарубежных спе

циалистов в области противопожарной защиты зданий, а также передовой

опыт подразделений Государственной противопожарной службы МЧС Рос

сии по нормативно технической работе.

3

Дисциплина «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре»

базируется на закономерностях химических процессов, физики твердого

тела, материаловедения, теории горения, основах теплопередачи, законах строительной механики и строительного дела. Поэтому изучение курса

предшествует изучение целого рода общеобразовательных и технических

дисциплин.

Необходимость издания учебника в настоящее время обуславливает

ся также переходом отечественного противопожарного нормирования на

новую пожарно техническую терминологию. Действующая у нас десятки лет пожарно техническая классификация строительных материалов, конст

рукций и зданий отличается от аналогичной международной классифика

ции развитых государств. Поэтому с выходом России на европейский стро ительный рынок создались объективные трудности в проектировании и

строительстве зданий и сооружений, в приобретении и применении строи

тельных материалов и изделий. Для пожарно технической оценки материалов, продукции, проектной документации(и нашими с одной

стороны и зарубежными специалистами с другой стороны) требуется

значительное время и существенные денежные средства. В учебнике сделана попытка объяснить и сравнить старую и новую пожарно

техническую терминологию, а также дать методические рекомендации по

их использованию во время переходного периода.

Вметодическом отношении учебник построен в соответствии с

многолетним опытом преподавания дисциплины «Здания, сооружения и их

устойчивость при пожаре» на кафедре пожарной безопасности в строи тельстве Академии МЧС России.

Вучебнике изложены основные сведения о строительных материа

лах и их пожарной опасности, приведены методы испытания материалов на

горючесть, воспламеняемость, токсичность, дымообразующую способ ность, распространение пламени по поверхности, описаны способы и эф

фективность огнезащиты стройматериалов, намечены пути совершенство

вания нормирования пожаробезопасности применения материалов в строи тельстве.

Рассмотрены основные сведения о зданиях и сооружениях и их кон

структивных элементах, приведены конструктивные схемы зданий, их объемно планировочные и конструктивные решения, описано устройство

основных конструкций зданий, даны исходные сведения об огнестойкости

зданий и сооружений, строительных конструкций и методах ее эксперимен тальной оценки.

Существенное внимание уделено вопросам огнестойкости строи

тельных конструкций. При этом рассмотрены теоретические основы расче та фактических пределов огнестойкости конструкций и даны понятия их предельных состояний. Изложены особенности поведения различных кон структивных элементов в условиях пожара. Описаны расчетные схемы оп ределения пределов огнестойкости строительных конструкций и особенно

сти расчета пределов огнестойкости металлических, деревянных и железо

4

бетонных конструкций. Приведены результаты исследований по оценке ог

нестойкости зданий с учетом совместной работы железобетонных конст

рукций в условиях пожара. Рассмотрена методика оценки состояния конст руктивных железобетонных элементов зданий и сооружений, подвержен

ных пожару, а также рекомендованы способы их усиления.

Дано расчетное обоснование требуемых пределов огнестойкости строительных конструкций.

Раздел 1 учебника написан кандидатом технических наук, доцентом

В.Н. Демехиным и доктором технических наук, профессором Б.Б. Серковым, раздел 2 архитектором Г.Ф. Плюсниной, разделы 3,8 и введение кандида

том технических наук, доцентом Е.Т. Шуриным , разделы 4,5,6 кандида

том технических наук, доцентом А.Ю. Фроловым, раздел 7 и приложения кандидатом технических наук, доцентом И.Л. Мосалковым.

Авторы выражают благодарность рецензентам учебника и профес

сорско преподавательскому составу кафедры пожарной безопасности в строительстве за ценные замечания и пожелания, сделанные при подготов

ке рукописи.

5

Раздел 1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИХ ПОВЕДЕНИЕ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

1.1. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В НИХ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА

1.1.1. Внешние и внутренние факторы, определяющие поведение строительных материалов в условиях пожара

Номенклатура строительных материалов содержит сотни названий.

Каждый материал в определенной мере отличается от других внешним ви

дом, химическим составом, структурой, свойствами, областью применения

в строительстве и поведением в условиях пожара. Вместе с тем между ма

териалами не только существуют различия, но и множество общих призна

ков.

Под поведением строительных материалов в условиях пожара

понимается комплекс физико химических превращений, приводящих к из

менению состояния и свойств материалов под влиянием интенсивного

высокотемпературного нагрева.

На рис. 1.1 показана обобщенная схема, в которой перечислены ос

новные факторы, процессы и последствия, которые могут характеризовать

поведение различных материалов в условиях пожара.

Для того чтобы понять, какие изменения происходят в структуре материала, как меняются его свойства, т.е. как влияют внутренние факто ры на поведение материала в условиях пожара, необходимо хорошо знать сам материал: его происхождение, сущность технологии изготовления, со став, начальную структуру и свойства.

В процессе эксплуатации материала в обычных условиях на него воздействуют внешние факторы (эксплуатационные, см.рис. 1.1):

область применения (для облицовки пола, потолка, стен; внутри по мещения с нормальной средой, с агрессивной средой, снаружи помещения и т.п.);

влажность воздуха (чем она выше, тем выше влажность пористого материала);

различные нагрузки (чем они выше, тем тяжелее материалу сопро

тивляться их воздействию); природные воздействия (солнечная радиация, температура воздуха,

ветер, атмосферные осадки и т.п).

Рис.1.1.Структурнаясхема ключкизучению,оценке,прогнозированиюирегулированию поведениястроительныхматериаловвусловияхпожараиопределениюобласти

ихбезопасногоприменения

6

7

Перечисленные внешние факторы влияют на долговечность матери

ала (ухудшение его свойств в течение времени нормальной эксплуатации).

Чем они агрессивнее (интенсивнее) воздействуют на материал, тем быстрее изменяются его свойства, разрушается структура.

При пожаре, помимо перечисленных, на материал воздействуют и

значительно более агрессивные факторы, такие, как: высокая температура окружающей среды;

время (продолжительность) нахождения материала под воздействи

ем высокой температуры; воздействие огнетушащих веществ;

воздействие агрессивной среды.

В результате воздействия на материал внешних факторов пожара в материале могут протекать те или иные негативные процессы (в зависимо

сти от вида материала, его структуры, состояния в период эксплуатации).

Прогрессирующее развитие негативных процессов в материале ведет к от рицательным последствиям ( см. рис. 1.1).

1.1.2. Основные свойства, характеризующие поведение строительных материалов в условиях пожара

Свойствами называют [1] способность материалов реагировать на

воздействие внешних и внутренних факторов: силовых, влажностных, тем

пературных и др.

Все свойства материалов взаимосвязаны. Они зависят от вида, со

става, строения материала. Ряд из них оказывает более существенное, дру

гие менее существенное влияние на пожарную опасность и поведение ма

териалов в условиях пожара.

Применительно к изучению и объяснению характера поведения строительных материалов в условиях пожара предлагается в качестве ос

новных рассмотреть следующие свойства:

1.Физические свойства: объемная масса, плотность, пористость, гиг роскопичность, водопоглощение, водопроницаемость, паро и газо прони

цаемость.

2.Механические свойства: прочность, деформативность.

3.Теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость,

температуропроводность, тепловое расширение, теплостойкость.

4.Свойства, характеризующие пожарную опасность материалов: горючесть, тепловыделение, дымообразование, выделение токсичных про

дуктов.

Свойства материалов обычно характеризуют соответствующими

числовыми показателями, которые определяют с помощью эксперимен тальных методов и средств.

1.1.2.1.Физические свойства

Кфизическим относят свойства, выражающие способность матери

алов реагировать на воздействие физических факторов: гравитационных,

влажностных и др.

Рассмотрим образец пористого материала (рис. 1.2). Обозначим его

массу m, объем V. Учитывая, что материал пористый, часть объема об

разца занимают поры. Обозначим эту часть объема Vп. Причем поры быва

ют открытыми сообщающимися между собой и атмосферой. Обозначим

часть объема образца, занятую указанными порами, Vоп и Vзп, соответствен

но. Остальную часть объема образца занимает материал (вещество в абсо

лютно плотном состоянии) Vа (см. рис. 1.2).

Рис.1.2. Образецпористогоматериала:

V объем образца; Vа объем вещества; Vп объем пор; Vоп объем открытых пор;

Vзп объем закрытых пор

Средняя плотность (объемная масса ρ 0, кг/м3) масса единицы

объема материала в естественном состоянии, вычисляют по формуле

ρ 0	=	m	.	(1.1)
		V

При этом в объем материала входит и объем пор. При определении

массы материала в естественном состоянии обычно указывают величину влагосодержания. Учитывая, что пользоваться величинами объемной массы

материала при различных значениях влагосодержания неудобно (т.к. в этом

случае ρ 0 получается непостоянной величиной), удобнее при определении ρ 0

использовать величину m сухого материала (без учета массы воды в порах). Поэтому m определяют после искусственной сушки материала в сушильном

шкафу при температуре 105 110оС до постоянной массы. Числовые значе

8

9

ния объемной массы для различных строительных материалов колеблются

в широком диапазоне (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Числовые значения показателей физических свойств наиболее распространенных строительных материалов

	Материал	Объемная масса	Плотность	Пористость
		ρ o , кг м3	ρ , кг м3
				П,%
	Пенополистирол	15-20	1050	81-98
	Древесина:
	сосна	400-600	1550	61-74
	дуб	700-900	1600	42-55
	Бетоны:
	ячеистые	500-1200	2500	60-84
	легкие	500-1800	2600	40-84
	тяжелые	1800-2500	3000	17-40
	Красный кирпич	1600-2500	3000	17-40
	Стекло оконное	2500	2500	0
	Металлы:
	сталь	7800	7800	0
	алюминиевые сплавы	2850	2850	0

Плотность (истинная плотность ρ 0 , кг/м3) масса единицы объема

материала в абсолютно плотном состоянии (т.е. объем определяют без уче

та пор, трещин, каверн и других полостей, присущих материалу в его обыч

ном состоянии)

ρ o	=		m	.	(1.2)
	Va
У большинства материалов ρ 0 <			ρ		(так как они содержат поры, тре

щины и другие неплотности). У непористых материалов практически

ρ 0 = ρ (стекло, металлы, жидкости и т.п.).

Пористость (П, %) степень заполнения объема образца материала

порами:
П =	VП	.	(1.3)
	V

Величина пористости у различных материалов колеблется от 0 до 96% (см. табл. 1.1).

10

По размерам радиуса r поры классифицируют на:

микропоры r ≤		10− 5 см;
макропоры	r >	10− 5 см;
каверны	r >	5 10− 3 см.

Гигроскопичность способность пористого материала поглощать

влагу из воздуха (парогазовой смеси). Она характеризуется влагосодержа нием материала отношением массы влаги, содержащейся в порах матери

ала, к его массе в сухом состоянии кг/кг, %.

Степень заполнения пор материала прямо зависит от относительной влажности воздуха, температуры, парциального давления смеси. С увеличе

нием относительной влажности и со снижением температуры воздуха гиг

роскопичность повышается.

Влагой из воздуха заполняются лишь микропоры. Переходные поры

и макропоры способны заполняться только при непосредственном контак

те материала с водой (например, во время дождя и т.п.). Влага, содержащаяся в микропорах, назывется гигроскопической (физически связанной, полу

свободной).

Способность материала отдавать влагу в окружающую среду назы вают влагоотдачей.

Если между влажностью окружающего воздуха и влажностью мате

риала устанавливается равновесие (материал имеет равновесную влаж ность), материал называют воздушно сухим. Например, в помещении при

относительной влажности воздуха 60 65% равновесная влажность древеси

ны в среднем равна 15% (0,15 кг/кг). Полное удаление гигроскопической вла ги возможно лишь при искусственном нагреве материала при температуре,

превышающей 100оС, в течение нескольких часов или суток. При пожаре

этот процесс происходит интенсивнее.

Влага, которая может содержаться в течение какого то времени в макропорах, называется механической (свободной). Механическая влага

постепенно испаряется даже при 100% влажности воздуха.

Водопоглощение (W) способность пористого материала впитывать воду при непосредственном контакте с ней. Различают понятия водопогло

	щения материала по массе и по объему.
	Водопоглощение по массе (Wm, %):			(mнв − m)100
	Wm =	mв 100	=		,	(1.4)
		m		m

где mв масса воды в порах образца, кг(г);

mнв масса образца после насыщения водой в течение суток, кг(г);

m масса образца после сушки в сушильном шкафу при температуре 105 110оС до стабилизации массы кг(г).

11

Водопоглощение по объему (WV , %):

(mнв −

m)100

WV =

Vв 100

=

mв 100

=

,

(1.5)

V

PвV

PвV

где V

В

объем воды в порах материала, м3(см3);

ρ

в

плотность воды, кг/м3(г/см3).

При контакте материала с водой она проникает лишь в открытые

поры. В закрытые (замкнутые) поры вода не проникает. Поэтому водопог

лощение по объему называют кажущейся пористостью.

Наличие влаги в порах материала существенно влияет на другие его

свойства (механические, теплофизические), а также на его поведение в ус

ловиях пожара. По форме связи влаги с материалом существуют не только

рассмотренная нами физическая (полусвободная и свободная), но и физико=

химическая или адсорбционная влага на поверхностях кристаллов, стен

ках пор и т.п., а также химически связанная влага (в молекулах материа

лов и их компонентов).

Водопроницаемость способность пористого материала пропускать

воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количе

ство воды, прошедшее в течение 1 часа через 1 см3 поверхности материала

при заданном давлении воды.

Паро= и газопроницаемость оценивают с помощью соответствую

щих коэффициентов ( λ , ρ ). Она равна количеству водяного пара (воздуха),

которое проходит через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в те

чение 1 ч при разности давлений у противоположных поверхностей образ

ца 10 Па.

1.1.2.2. Механические свойства

Механические (деформационно прочностные) свойства отражают способность материалов (изделий) сопротивляться действию нагрузок (уси

лий), возникающих от силовых, тепловых, усадочных и других факторов.

Рассмотрим процесс растяжения стержня (рис. 1.3). Если на стер жень действует внешняя (растягивающая) сила F, то в нем возникают внут

Рис.1.3.Схема,поясняющаявозникновениевнутреннихнапряженийприрастяжениистержня: F внешняярастягивающаясила,fi внутренниесилы,S площадьпоперечногосечения образца

ренние силы fi , суммарно равные внешней силе и направленные в противо

положную сторону. Причем Σ fi = F. Если взять отношение суммы внутрен

них сил к площади поперечного сечения стержня S, то получим механичес кую характеристику, которая называется напряжением.

σ =	∑ fi	=	F	.	(1.6)

SS

Взависимости от направления приложения внешней силы в матери

але могут возникать напряжения сжатия, растяжения, изгиба, кручения и

др.

Прочность это способность материала сопротивляться разруше

нию за счет внутренних напряжений, возникающих под действием внешней

силы.

Возникновение напряжений в материале может происходить также

в результате воздействия других факторов, например, температурных гра

диентов по толщине конструкции. Чем больше величина напряжений, кото рые способны возникнуть в материале, тем он прочнее. Однако всегда мож

но приложить такую внешнюю силу Fр, что сумма внутренних сил окажет

ся недостаточной для ее компенсации. В этом случае происходит разруше ние материала, точнее потеря целостности, т.к. и при F < Fр в материале

протекает кинетический процесс накопления нарушений.

Напряжение, соответствующее разрушающей силе, называют вре= менным сопротивлением (пределом прочности) материала и обозначают R

(для металла также σ в ).

Взависимости от вида напряжений, возникающих в материале, раз

личают временное сопротивление сжатию, растяжению, изгибу и др. В про

стейшем случае растяжения или сжатия материала предел прочности выра

жается отношением разрушающей силы Fр к площади поперечного сечения образца материала (S):

Rp(c) =		Fp(c)		.	(1.7)
		S
В случае изгиба
R =	M p		,		(1.8)
и		W

где Rи временное сопротивление изгибу, Па;

Мр разрушающий изгибающий момент, Нм; W момент сопротивления, м3.

12

13

Значения временного сопротивления для некоторых материалов

приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Числовые значения временного сопротивления некоторых материалов

Материал		Временное сопротивление R, МПа
	при сжатии Rс		при растяжении Rр	при изгибе Rи
Торфоплиты	0.5		-	0.25...0.2
Бетон обыкновенный	5...30		0.6...2	-
Бетон высокопрочный	40...80		2.5...7	-
Кирпич глиняный	7.5...30		-	1.5...3.5
Древесина: (усреднен-
ные данные)
вдоль волокон	50		130	100
поперек волокон	6.5		6.5	75
Стеклопластик СВАМ	420		450...470	410...460
Гранит	100...250		2...4.4	-
Сталь	380...450		380...450	-

Из данных, приведенных в табл. 1.2, видно, что соотношения между

величинами предела прочности при различных вариантах приложения нагрузки зависят от вида материала. Так, для стали величины предела

прочности при сжатии и растяжении равны, а для гранита предел прочнос

ти при сжатии в 50 раз выше, чем при растяжении. У древесины величина предела прочности зависит от направления приложения нагрузки по отно

шению к расположению волокон. Прочность древесины вдоль волокон

выше, чем поперек.

Материалы, характеризующиеся одинаковыми показателями свойств (в частности, предела прочности) в различных направлениях, назы

вают изотропными, с различными показателями анизотропными.

Временное сопротивление (как и другие механические характерис тики) существенно зависит от физических свойств материалов. В частно

сти, чем выше пористость (ниже объемная масса), тем ниже прочность ма

териала.

Поскольку пористые материалы всегда содержат определенное ко

личество гигроскопической влаги, она оказывает капиллярное давление на

стенки пор. Учитывая, что пор в материале очень много, суммарное давле ние достигает значительной величины,. Материал вынужден сопротивлять ся этому давлению за счет внутренних напряжений. Это существенно сни

жает его прочность, т.е. способность сопротивляться внешней нагрузке. Деформативность способность образца материала (изделия) изме

нять свои размеры (форму) без изменения своей массы, характеризуется величиной деформации: абсолютной, относительной.

Деформации образцов (изделий) происходят при растяжении, сжа

тии, сдвиге, кручении, изгибе и т.п. Все они могут быть обратимыми или

14

необратимыми (остаточными). Обратимые (упругие) те, которые полнос

тью исчезают при прекращении действия на материал факторов, их вызы

вающих. Необратимые деформации (пластические) накапливаются в пери од действия факторов, их вызывающих, а после их устранения деформации

сохраняются. На характер и величину деформаций влияет не только сте

пень нагружения, но и скорость повышения нагрузки, а также температу ра материала. Как правило, с понижением скорости нагружения, либо повы

шением температуры материала величина деформации увеличивается. Пла

стические деформации, медленно нарастающие без увеличения напряже ния, характеризуют текучесть материала.

Пластическая деформация, медленно нарастающая в течение дли

тельного времени под влиянием нагрузки, величина которой недостаточна для того, чтобы вызвать остаточную деформацию за обычные периоды на

блюдений, называется деформацией ползучести, а процесс такого дефор

мирования ползучестью (крипом).

Помимо предела прочности к прочностным характеристикам мате

риалов относятся предел упругости и предел текучести.

Упругость способность образца материала изменять свою форму под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму после

снятия нагрузки.

Предел упругости ( σ у ) максимальное напряжение, при котором в

материале еще не возникает остаточных деформаций.

Деформативно прочностные характеристики материала наглядно

характеризует диаграмма напряжений (рис. 1.4). При упругой деформации материала справедлив закон Гука, устанавливающий прямопропорциональ

ную зависимость между напряжением и величиной деформации

где ε	σ	= Eε	,		(1.9)
	относительная деформация, например, при растяжении
	ε =	l1 −	l 0	,	(1.10)
		l 0
где	lo длина образца до растяжения, м;

l1 длина образца после растяжения, м;

Е модуль упругости (модуль Юнга), Па.

Пластичность способность образца материала изменять свою фор

му без разрушения под действием нагрузки и сохранять новую форму после

прекращения действия нагрузки. Это свойство характеризуется текучес

тью материала.

Предел текучести ( σ у ) постоянное напряжение при нарастании

пластической деформации (см. рис. 1.4).

15

Рис.1.4.Диаграмма«напряжение деформация»напримереобразцамягкойстали:

σ напряжение,ε относительнаядеформация, σ у пределупругости,σ т пределтекучести, σ в пределпрочности(временнойсопротивление),ε у величинаупругойдеформации,

0 А участокупругихдеформаций, А В участокпластическихдеформаций, В С участоксамоупрочнения(наклепа),С Д участокразрушенияматериала

Наличие влаги в пористом материале влияет на их деформативные

свойства: коробление, усадку и др. Так, при насыщении пор материала во

дой он расширяется. В том случае, если в определенных условиях происхо

дит неравномерное (например, одностороннее) увлажнение (в частности, во

время дождя) или высушивание, то тонкие образцы (изделия) подвергаются

короблению (деформации изгиба) в результате неравномерного по толщи

не образца действия капиллярных сил влаги в порах материала.

В процессе сушки пористого материала происходит удаление влаги, что ведет к уменьшению объема. Это свойство называется усадкой. Нерав

номерная сушка, а соответственно и усадка, ведут также к короблению (де формации с изгибом) тонких образцов (изделий).

Твердость способность образца материала сопротивляться про

никновению в него другого, более твердого образца материала. Величину

твердости для металлов определяют числом Бринелля (НВ), которое пред

16

ставляет собой отношение силы, вдавливающей металлический закаленный

шарик в поверхность испытуемого металла, к площади полученного в

испытаниях углубления. Твердость каменных материалов определяют по условной десятибальной шкале Мооса, в которой в качестве эталонов

принята твердость десяти минералов, расположенных по возрастающей

твердости: 1 тальк, 2 гипс, 3 кальцит, 4 флюорит, 5 апатит, 6 полевой шпат (ортоклаз), 7 кварц, 8 топаз, 9 корунд, 10 алмаз.

1.1.2.3. Теплофизические свойства

Теплофизические свойства характеризуют поведение материалов

при воздействии на них тепла.

Теплопроводность способность материала проводить через свою

толщину тепловой поток, возникающий вследствие разности температур на

противоположных поверхностей образца (изделия), характеризуют коэф

фициентом теплопроводности материала ( λ ), Вт/м.К.

λ	=	Qτ	,	(1.11)
		δ S∆ t

где Q тепло, переданное от обогреваемой поверхности к холодной, Дж;

δ толщина образца (изделия), м;

S площадь обогреваемой поверхности, м2;

∆ t разность температур противоположных поверхностей образца, оС (или К);

τ время, с.

Коэффициент теплопроводности количество тепла, проходящего через плиту толщиной 1 м, при площади ее поверхности 1 м2, за время 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях 1 К.

Числовые значения коэффициента теплопроводности зависят от

вида материала (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Среднестатические значения величин теплофизических характеристик отдельных строительных материалов (при О оС)

Материал	λ , Вт/м К	С, кДж/кг К
Пенопласты	0.04...0.05	-
Минеральная вата	0.05...0.09	-
Древесина	0.24	2.42...2.75
Кирпич глиняный	0.8...0.85	0.8
Тяжелый бетон	1.0...1.5	0.8
Гранит	3.0...3.5	0.8
Сталь	58	0.42

17